#материалы

Слой за слоем, сфера за сферой аддитивные технологии захватывают мир науки и промышленности. Зачастую разработки, которые показывают публике, выглядят демонстрацией возможностей, нежели готовым продуктом. Не будем скрывать: иногда это действительно так. Тем не менее во многих сферах аддитивные технологии показали свою эффективность. Рассказываем, как появились такие технологии, в каких сферах их применяют и какие материалы используют для «печати».

Международный исследовательский институт интеллектуальных материалов ЮФУ совместно с Институтом математики, механики и компьютерных наук ЮФУ и ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН предложили систему 3D-печати для синтеза наночастиц благородных металлов в связке с компьютерным алгоритмом подбора параметров реакции и in situ диагностики (диагностика в реальном времени). Это поможет решить проблему скрининга наночастиц в реальном времени и предотвратить осаждение металлов на стенках каналов.

Исследователи из Швейцарии экспериментально обнаружили, что новый материал приобретает магнитные свойства с помощью механизма, который ранее не наблюдался.

Сегодня 3D-печать изделий на основе послойного нанесения материала используется во многих областях промышленности. Существует много полимерных материалов, которые применяют для печати пластиковых деталей. Для улучшения жесткости, упругости и прочности изделия в полимер добавляют армирующие (укрепляющие) вещества — короткие или непрерывные волокна. 3D-композиты с такими добавками перспективны и экономически доступны. Однако из-за сложностей и особенностей микроструктуры материала механизм его разрушения не до конца изучен. Ученые Пермского Политеха выяснили, как параметры изготовления и микроструктурные характеристики влияют на упругие и разрушающие свойства 3D-печатных полимерных образцов, укрепленных коротким волокном.

Исследователи из МФТИ, ЮНЦ РАН и ЮРГПУ (НПИ) имени М. И. Платова нашли 25 обобщенных структур магнитных кристаллов, которым «психотерапия для материалов» — химические или физические воздействия — может помочь победить фрустрацию («неопределенность» свойств из-за конкуренции и сосуществования разных внутренних взаимодействий) и стать материалами с выраженными и полезными характеристиками. Благодаря строгому и обобщенному результату можно будет эффективнее создавать материалы с заданными свойствами для разных приложений: от энергонезависимой и быстрой памяти до магнитной сенсорики.

Ученые Пермского Политеха разработали модель системы промывки глубоких отверстий для копировально-прошивной электроэрозионной обработки материалов. Разработка учитывает влияние угла наклона сопел относительно глубины на производительность обработки и величину давления жидкости.

Сегодня наблюдается бурное развитие водородной энергетики. Водород содержит почти в три раза больше энергии, чем ископаемое топливо, поэтому для выполнения какой-либо работы его требуется гораздо меньше. Например, по сравнению с электростанцией, работающей на сжигании топлива с производительностью от 33 до 35 процентов, водородные топливные элементы выполнят ту же функцию до 65 процентов. В связи с этим, у общества растет спрос на новые конструкционные и функциональные материалы для строительства электростанций. Это связано с тем, что при высоких давлениях и температурах выше 300 градусов Цельсия водородная коррозия оказывает на металлы разрушающее действие, приводящее к снижению механических свойств: прочность и пластичность. Ученые Пермского Политеха исследовали имеющиеся на рынке сплавы и покрытия и выявили среди них ряд материалов, которые могут противостоять воздействию водорода, при этом сохранить целостность и механические свойства изготовленных из них элементов, а также устранить или уменьшить водородное охрупчивание.

Студент НИТУ МИСИС описал метод, который позволит материаловедам сэкономить время при расшифровке рентгенограмм. Он предложил использовать машинное обучение для прогнозирования фаз кристаллической структуры переходных металлов и их оксидов на основе данных рентгеновской дифракции.

Участники мероприятия узнают о новых материалах грядущих эпох.

Ученые Университета МИСИС совместно с коллегами из РХТУ имени Д. И. Менделеева и Вьетнамского национального университета лесного хозяйства предложили модификацию существующего метода переработки отхода текстильного производства — хлопкового пуха — в пористый активированный уголь. Повышение скорости нагрева материала с пяти до 350 градусов Цельсия в минуту позволяет одновременно увеличить доступную поверхность углеродного материала от двух до восьми раз и в несколько раз ускорить процесс его получения. Это будет способствовать существенной экономии электроэнергии при производстве. Сам углеродный материал может быть использован для изготовления суперконденсаторов или в качестве эффективного сорбента для очистки воды и воздуха.

Легкие и прочные, полимерные композитные материалы широко используются в авиационной и космической промышленности, в том числе при изготовлении звукопоглощающих конструкций. Их производство предполагает перфорацию большого количества отверстий с высокой точностью и качеством, использование для этого механических методов воздействия оказывается весьма затратным. Тогда на помощь приходит электроэрозионная обработка — получение требуемой формы и размеров с помощью импульсов электрического тока. Автоматизация этого процесса могла бы значительно упростить и ускорить производство, а значит и повысить его экономическую эффективность. Ученые Пермского Политеха первыми в России представили концепцию и построили прототип роботизированной системы для электроэрозионной обработки полимерных композитных материалов.

Ученые из ТюмГУ создали прибор для высокочувствительного измерения физико-химических и тепловых свойств жидкостей и твердых тел.

При создании ракетно-космической техники зачастую используют материалы с «усиленной» структурой — пространственно-армированные композиты. Регулируя схему плетения, количество и тип волокон, можно получать изделия с различными характеристиками, например, повышать их прочность и упругость. Современные технологии позволяют заранее прогнозировать свойства нового материала, не проводя дорогостоящие эксперименты. Сегодня программные решения создают идеализированные модели, которые не учитывают влияния реальных факторов. Ученые Пермского Политеха разработали алгоритм, программный комплекс и компьютерные геометрические модели, которые впервые позволят «предсказывать» реальное состояние будущего материала. Это позволит усовершенствовать качество деталей самолетов и ракет.

Графен обладает уникальными свойствами и используется в аэрокосмической и автомобильной промышленности, а также в гибкой электронике. В частности, его можно будет использовать в фюзеляжах и крыльях самолетов для борьбы с обледенением, а также в изготовлении легких кузовов автомобилей. Он отличается высокой прочностью, гибкостью и легкостью, проводит тепло и электричество, может работать при высоком напряжении. Однако сейчас нет устоявшегося метода печати из этого материала. Исследователи из Пермского Политеха разработали такую технологию. Она позволит повысить качество готового продукта и сократить расходы предприятий. Отечественная разработка поможет обеспечить технологический суверенитет России.

Сотрудники научно-исследовательской лаборатории высокоэнергетических и специальных материалов и лаборатории нанотехнологий металлургии физико-технического факультета ТГУ разработали новую технологию производства фидстоков с использованием керамических и металлических порошков. Стоимость таковых не превышает импортные аналоги, а свойства изделий из них превосходят свойства продукции, изготовленной непосредственно из сплавов.

Участники мероприятия узнают, как химия позволяет создавать будущее, разрабатывая новые умные материалы и медицинские препараты.

Химики и физики Южного федерального университета проводят междисциплинарное исследование, которое поможет определить архитектуру наночастиц по данным спектроскопии рентгеновского поглощения. Этот подход позволяет ускорить процесс обработки данных и поиска наилучших катализаторов для низкотемпературных топливных элементов.

Из титановых сплавов сегодня создают элементы самолетов и ракет, их используют в судостроении, применяют в составе зубных имплантатов и протезов. Ученые Пермского Политеха нашли способ повысить прочность и износостойкость изделий. Слой, нанесенный на поверхность материала с помощью ионно-плазменного азотирования, позволил укрепить его в 2,5 раза.

Материал, созданный из реголита, смешанного с белками крови и мочевиной космонавтов, предлагают использовать для строительства домов на Марсе и Луне. По прочности этот биокомпозит не уступает бетону.